水泥-DCS系统讲座课件.ppt

1、目录一、DCS的基本概念二、DCS系统结构三、DCS系统操作及常见故障处理一、DCS基本概念1、DCS概念3、DCS的基本结构及组成5、DCS与PLC的区别2、DCS的产生、发展历程6、DCS与PLC的发展方向4、DCS的特点DCS：即Distributed Control System(集散控制系统)，以微处理器为基础的采用分散控制、集中显示和操作的新一代控制系统。1、DCS概念又称“分散控制系统”、“分布式控制系统”综合了计算机(C Computer)、通讯(C Communication)、显示(C CRT)和控制(C Control)等4C技术，基本思想：分散控制集中操作分级管理配置灵

2、活组态方便2、DCS的产生、发展历程国外情况：国内情况：基地式仪表室内远传控制DDCDCS第一代DCS第二代局域网DCS第三代开放性DCS第四代信息与集成八十年代初，全套引进八十年代末，DCS制造开始起步九十年代，迅速发展壮大DCSDCS发展历程发展历程第一阶段（1975年1980年）代表产品主要有美国Honeywell公司的TDC2000，Baily公司的Network90，Foxboro公司的Spectrum，日本横河公司的Centum等 主要由过程控制单元PCU、数据采集装置DAU、CRT操作站、监控计算机和数据高速公路HW五部分组成第二阶段（1980年1985年）主要代表产品有Hone

3、ywell公司的TDC3000，日本横河公司的Centum A，B，D等 主要由局部网络LAN、多功能控制器MC、增强型操作站EOS、通用操作站US、网间连接器GW、系统管理模块SMM和主计算机HC七部分组成第三阶段（1985年1990年）DCS向计算机网络控制扩展，将过程控制、监督控制和管理调度进一步结合起来，并且加强断续系统功能，采用专家系统和开放系统互连参考模型为基础的制造自动化协议MAP标准，以及硬件上的诸多新技术，从而克服了自动化孤岛问题 典型产品有Honeywell公司的TDCS3000，日本横河公司的Centum-XL，Bailey的INFI-90等第四阶段（1990年以后）DC

4、S以管控一体化出现，在硬件上采用了开放的工作站，采用了Client/Server(客户机/服务器)的结构，在网络结构上增加了工厂信息网，并可与互联网联网，在软件上采用UNIX和X-Windows的图形用户界面，系统的软件更丰富，一些优化和管理良好的界面的软件被开发并移植到DCS中 典型产品有Honeywell公司的TPS控制系统，日本横河公司的Centum-CS控制系统，Foxboro公司的I/A S50/51系统等 随着计算机的发展与网络开发使各控制厂商更多地采用商业计算机的技术,80年代末许多公司推出新一代的集散控制系统，其主要特征是：新系统的局部网络采用MAP协议；引用智能变送器与现场总

5、线结构；在控制软件上引入PLC 的顺序控制与批量控制，使DCS 也具有PLC 的功能。随着计算机特别是微型计算机与网络技术的飞速发展，加上各制造商的激烈竞争，使DCS 很快从70 年代的第一代发展到90 年代初的第三代DCS。尽管在这之前的集散系统的技术水平已经很高，但其中存在着一个最主要的弊端是：各大公司推出的几十种型号的系统，几乎都是本公司的专利产品，每个公司为了保护自身的利益，采用的都是专利网络，这就为全厂、全企业的管理带来问题。目前国内DCS主要有：新华XDPS，鲁能的LN2000，国电智深DCS，和利时DCS，浙大中控等。国外的有 西屋（艾默生）ovation、FOXBORO、ABB

6、、西门子PCS7、霍尼韦尔、横河DCS等。3、DCS的基本结构及组成功能：生产过程的各种变量通过它转化为操作监视的数据，操作的各种信息也通过过程控制装置送到各执行机构，对输入输出量进行A/D,D/A转换以及滤波等运算(和生产过程相联系)功能：操作员可以通过他了解生产过程的运行状况，并通过它发出操作指令给生产过程(操作站-人，工程师站-给控制器和操作站组态，历史站-记录)功能：在分散过程控制装置与操作管理装置之间完成数据交换和传递 组成：线缆和接口A、分散过程控制装置(带I/O部件的控制器)B B、操作管理装置(人机接口)C C、通信系统(通信网络)(1)、DCS基本结构及组成基本结构及组成(传

7、统传统)工程师站操作员站控制器DIAIDOAO上位机Ethernet下位机I/O设备现场总线变送器执行器I、U信号执行机构现场设备操作员接口-对工艺过程运行的监视和操作工程师接口-实现对控制功能的组态 DCS核心部分，对生产过程进行闭环控制 用于实现对现场D、A信号的采集和预处理。并把控制信号传输至现场设备，驱动执行机构管理级 操作级 过程级 过程控制站 I/O单元 现场仪表 系统控制功能实施部分 完成系统的操作和组态 主要指工厂管理信息系统，作为DCS高层应用，目前在国内应用较少 工程师站操作员站DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成

8、。DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。(2)、DCS基本结构及组成基本结构及组成(工业自动化，工业自动化，从结构上划分从结构上划分)过程级 现场仪表 I/O单元 过程控制站 系统控制功能实施部分 DCS的控制决策由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。电源CPU(中央处理器)网络接口I/O口管理计算机操作员站DIAIDOAO工程师站数据服务器控制器控制器安全栅现场设备管理网控制网设备网上位机-主要实现高层次的优化管理。如优化控制、成本管理与控制等 4、DCS的特点（1）高可靠性（2）开放性（3）灵活性（4）易于维护（5）协调性（6）控制功能齐全

9、 由于DCS将 系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态。当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和

10、批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。5、DCS与PLC区别(1)、发展方面DCSPLC传统的仪表盘监控系统传统的继电器回路最初强调仪表控制强调逻辑运算能力(2)、系统可扩展性和兼容性方面DCSPLCTCP/IP 控制器、计算机作为节点存在没有或很少有扩展需求实现方便较难实现(3)、数据库方面DCSPLC有统一的数据库数据库不统一(4)、时间调度方面DCSPLC可以设定任务周期；同样是传感器采样，压力传感器变化时间很短，可以设定200ms任务周期采样；温度传感器滞后时间很大，可以设定2s任务周期采样。可以合理调度控制器资源。从头

11、到位一次循环执行(5)、网络结构方面DCSPLC两层网络；过层级网络:大部分采用自己的总线协议(建立在标准串口传输协议RS232和RS485)上，抗干扰强，但传输速度较慢。操作级网络：数据吞吐量适中，传输速度快，连接方便。工作任务相对简单，过程级和操作级要么合在一起，要不过程级网络简化成模件之间的内部连接。(6)、应用规模方面习惯上称600点以上为DCS，小于这个规模的称PLC6、DCS与PLC未来的发展方向 系统功能方面：PLC具备模拟量处理能力，DCS具备相当强劲的逻辑运算能力。系统结构方面：PLC与DCS基本结构一样。PLC发展到今天，已经全面移植到计算机系统上。小型应用的PLC一般采用

12、触摸屏，大规模应用的PLC全面使用计算机系统。PLC：小型的PLC将向更专业化的使用角度发展，比如功能更加有针对性，对应用的环境更加有针对性等；大型的PLC与DCS的界限逐步淡化，甚至完全融合。DCS：DCS将向FCS方向发展，FCS的核心除了控制系统更加分散外，特别重要的是仪表。FCS在国外已经发展到仪表级。控制系统需要处理的只是信号采集和提供人机界面以及逻辑控制，整个模拟量的控制分散到现场仪表，仪表与控制系统之间无需传统的电缆连接，使用现场总线连接整个仪表系统。传统的过程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线，以传送420mA信号，现场总线系统中，每个现场装置到接线盒的双

13、绞线仍然可以使用，但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。二、DCS系统结构1、3、DCS工作原理2、4、本厂DCS介绍1、(1)、(2)、(3)、(1)、计算机控制系统计算机控制系统软件部分软件部分 硬件部分硬件部分控制计算机控制计算机 现场仪表（测量传感器、执行机构等）现场仪表（测量传感器、执行机构等）系统软件系统软件 应用软件应用软件主机、外设、系统总线主机、外设、系统总线生产过程输入输出通道生产过程输入输出通道人人机联系设备、通信设备机联系设备、通信设备 操作系统操作系统 汇编或高级语言、过程控制语言汇编或高级语言、过程控制语言 通信网络软件、诊断程序等通信网络软件、诊

14、断程序等 过程输入过程输入/输出程序、过程控制程序输出程序、过程控制程序 人机接口程序、打印显示程序人机接口程序、打印显示程序 各种公共子程序各种公共子程序 历史数据库、实时数据库历史数据库、实时数据库1、模拟调节器模拟调节器执行机构执行机构被控对象被控对象测量变送器测量变送器设定值设定值reu被调参数被调参数 y图图a 单回路常规控制系统示意图单回路常规控制系统示意图ym(2)、u计算机计算机保持器保持器广义对象广义对象测量变送器测量变送器e(kT)u(kT)被调参数被调参数 y单回路计算机控制系统示意图单回路计算机控制系统示意图ym采样器采样器A/DD/A计算机系统计算机系统设定值设定值r

15、采样器采样器 A/D计算机计算机 A/D保持器保持器y(t)y*(t)y(kT)u(kT)u*(kT)u(t)(3)、现场总线简介现场总线的发展与趋势现场总线的主要技术特点现场总线的优点几类有影响的现场总线Some important Field Buses现场总线简介现场总线 是用于自动化等领域最底层的、具有开放、统一的通信协议的通信网络 实现微机化的现场测量控制仪表或设备间的双向串行多节点数字通信现场总线技术 现场总线技术把单个分散的仪表或设备变成了网络的节点现场总线控制系统FCS以现场总线为纽带，连接分散的现场仪表或设备，使之成为可以相互沟通信息、共同完成自动控制任务的网络系统与控制系统

16、与传统仪表的不同之处现场总线技术的关键使自动控制系统与现场设备具有通信能力连接成网络系统现场总线控制系统FCS的核心现场总线的优点适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化方向发展的趋势具有的开放性、数字化、多点通信等功能应用领域不断扩大现场总线是企业综合自动化的发展需要企业综合自动化是企业必然的选择与趋势DCS在实施企业综合自动化时的缺陷 通信是专用网络的封闭系统，无互换性现场总线的解决方案 基于公开化、标准化，遵守同一协议规程的产品具有互换性，可组成在同个系统中节省硬件数量与投资节省安装费用节省维护开销用户具有高度的系统集成主动权 提高了系统的准确性与可靠性提高了系统的可控性和可维护性系统

17、的开放性互可操作性与互换性 现场设备的智能化与功能自治性系统结构的高度分散性 对现场环境的适应性(1)、PROFIBUS总线 根据EN50170标准，PROFBIUS具有三种形式，即PROFIBUS-DP、-PA、-FMS，它们分别适用于不同的领域，但这三种型式使用的是统一的总线访问协议。（A）PROFIBUS-DP：这是-种适用于进行高速数据传输的通信连接，它是专门为自动化系统与在设备级分散的I/O之间进行通信而设计的。它可取代24V或020mA测量值的传输，并具有非常短的响应时间和极高的抗干扰性能。（B）PROFIBUS-PA这是一种适用于过程自动化的形式，它可以使传感器和执行器接在一根共

18、用的总线上，根据IEC1158-2国际标准，PROFIBUS-PA采用双绞线进行总线供电和数据通信。由于应用了本质安全传输技术，因此，PROFIBUS-PA可以方便地运用于许多对安全性要求较高的场合。（C）PROFIBUS-FMS这是一种工业通讯层次结构，用来解决车间级的通讯任务，功能强大的FMS（现场总线报文规范，向用户提供了广阔的应用范围和更大的灵活性，同时PROFIBUS-FMS还具有更加强大的数据通信功能。是PROFIBUS-DP向现场的延伸，使用分段式耦合器，可以方便地将PROFIBUS-PA设备集成到PROFIBUS-DP网络中。几类有影响的现场总线(Some important

19、Field Buses)(2)、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线

20、、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。(3)、CAN总线 CAN支持四类报文帧：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧 每帧信息都有循环冗余校验CRC及其它检错措施 CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭输出功能 CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路CAN总线的数据传递方式-以报文为单位进行每个报文的标志符ID-起始部分有一个11位的标志符IDInterBus-S的技术特点 是经济、简单、开放型的传感器/执行器总线 具有快速传输、简单输入输出数据的能力 简单的传感器/执行器和智能的传感器/执行器的信号的传送 实时传送“过程数据”与“通讯数据”模块化的组态 方便的InterBus-S操

21、作功能InterBus-S总线系统组成 主控制模块 总线终端模块 其作用是将远程总线和本地总线连接 输入/输出模块InterBus-S总线拓朴结构InterBus-S的传输媒体 RS-485双绞线，屏蔽双绞线电缆；光纤2、w计算机巡回检测和操作指导系统计算机巡回检测和操作指导系统数数 字字 计计 算算 机机CRT打印机打印机报报 警警过程输入通道过程输入通道 测量变送测量变送 测量变送测量变送被 控 生 产 过 程执行机构执行机构 人人w计算机直接数字控制（计算机直接数字控制（DDC）系统）系统直接数字控制直接数字控制(DDC)计算机计算机CRT打印机打印机报报 警警操作台操作台过程输入通道过

22、程输入通道 测量变送测量变送 测量变送测量变送被被 控控 生生 产产 过过 程程过程输出通道过程输出通道 执行机构执行机构 执行机构执行机构w计算机监督控制（计算机监督控制（SCC）系统）系统监督控制计算机监督控制计算机(SCC)CRT打印机打印机报警报警DDC计算机或调节器计算机或调节器输入通道输入通道 输出通道输出通道被被 控控 生生 产产 过过 程程操作台操作台输入通道输入通道w计算机集散控制系统（计算机集散控制系统（DCS）监督控制计算机监督控制计算机CRT操作站操作站基本调节器基本调节器基本调节器基本调节器被控对象被控对象被控对象被控对象高高 速速 数数 据据 通通 道道w计算机集成

23、控制系统（计算机集成控制系统（CIMS/CIPS）经营决策经营决策企业管理企业管理生产调度生产调度过程优化过程优化过程控制过程控制第五层：企业决策，生产规划第五层：企业决策，生产规划第四层：供销第四层：供销,财务财务,计划计划,管理等管理等第三层：生产调度，系统优化第三层：生产调度，系统优化第二层：先进控制，过程优化第二层：先进控制，过程优化第一层：单元自动化第一层：单元自动化,简单控制简单控制生生 产产 过过 程程 流程流程CIMS的递阶控制示意图的递阶控制示意图3、DCS工作原理(1)、普通电机中控、现场启动电气原理Server2Ethernet TCP/IPControllogix1Fi

24、eld busI/OCabinetMCCSensors/actuatorsOperating levelControllogix2Process control levelProcess level现场设备冗余(redundancy redundance)，指重复配置系统的一些部件,当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间。(1)、水泥制造部Server14、本厂DCS介绍(2)、矿粉制造部工程师站操作站以太网控制器I/O模块现场控制器融入现场总线的过程控制站4种高速现场总线支持多种总线类型：Profibus DP(速率可达12Mbd)Modbus、CA

25、N、Foundation Fieldbus易于组态模件自动识别电源模块具有开路，过载，保护功能输出稳定，且电气隔离一旦电源故障，在5s内现场控制器产生一个电源故障信号，同时输出电压保持20ms，在此期间故障信号可使CPU模件运行关段程序并进入安全状态或转换电源以太网模块提供IEEE802.3以太网标准32位数据总线直接存取到主存储器以太网模块3通道CAN模件传输速率最高1MBd支持热拔插所有接口均电气隔离l特点l导轨安装，灵活紧凑的模块化结构l支持现场总线模件热插拔lCSA/UL 认证l直接与远程 I/O 通信操作,支持:lProfiBus/HART,lFF,lModbus(Master&Sl

26、ave)l支持冗余电源供电l快速RISC CPU 实现复杂CPU冗余功能l支持多种现场总线冗余方案l全金属封装l工业级硬件质量,极高的EMC 及MTBF指标CPU i960RAM+FLASHBus 2ModbusModuleBus 1Bus 3Bus 4FF-HSEModuleCAN-ModuleProfibusModuleEthernetModuleEthernetModuleEthernet 2Ethernet 1PowerPower SupplyGlueLogic三、本厂DCS系统操作及常见故障处理1、水泥粉磨生产工艺流程图2、如何查看信号识别故障信息3、如何查看报警并处理故障4、I/O

27、模块指示信号5、常见故障处理(一)、水泥制造部1、水泥粉磨生产工艺流程图Customer nameOverview areaOperating areaStatus line喂料组喂料组辊压机组辊压机组回粉组回粉组选粉组选粉组磨机组磨机组成品库组成品库组工程师站操作员站控制器DIAIDOAO上位机Ethernet下位机I/O设备现场总线变送器执行器I、U信号执行机构现场设备表示会话应用物理网络表示应用链路传送会话传送网络链路物理H7 数据H6 H7 数据 H5 H6 H7 数据 H4 H5 H6 H7 数据 H3 H4 H5 H6 H7 数据 H2 H3 H4 H5 H6 H7 数据 T2H2

28、 H3 H4 H5 H6 H7 数据 T2信息包链路物理用户X 用户Y信息包装的格式OSI模型中的二、七层数据物理层通信栈物理层通信栈数据甲站乙站变换成物理信号送到现场总线媒体场总线标准场总线标准2、如何查看信号识别故障信息颜色状态代表意义备妥没有备妥现场开启，并处于运行状态设备中控开启，并处于运行状态(1)、不同颜色代表的意义(2)、单个设备运行状态的查看在操作界面上单击所要查看设备图标，如：查看电机运行状态，单击图标，会弹出如图所示的状态图，该图显示了该设备信号状态。打到现场设备延时时间 设备响应时间刷新输入参数报警参数输出参数STA1：“Start command for drives”

29、启动命令启动器ILC1：“Interlocking”，内部连锁STOP：“Stop”停止CVON：“Control voltage on”控制电源OLPT：“Overload protection”过载保护AVBL：“Available”设备有效RCR1：“Feedback signal”反馈信号PMI1：“Machine protection”机器保护SPCL：“Speed control”速度检测LEMO：“Local emergency off”现场急停ERES：“Error reset”错误复位LSER：“Enable local service”现场有效A、输入参数OPS1：“Ope

30、rating message”操作信息EROP：“Operating error”操作错误报警NOTA：“Not available”设备无效OPL1：“Operation local”现场操作EROL：“Error overload”过载错误报警ERMS：“Error motor switch”现场和远程转换报警ERSP：“Error speed”速度报警ERPI：“Protective interlocking”内部连锁保护报警EREO：“Error emergency off”急停报警ETIM：“Time monitoring”超时报警ERRC：“Error RCR”反馈错误报警 B、报

31、警参数SEN1：“Start enable”启动有效OSG1：“Operating message”操作信号EMOF：“Emergency off”急停信号DAVB：“Drive available”驱动有效EROR：“Operating error”操作错误DOFF：“Drive off”设备关闭C、输出参数(3)、组设备运行状态的查看在操作界面上单击所要查看组设备图标 会弹出如图所示的状态图，该图显示了该设备信号状态。图中每个点号前面都有“”，表明整个组都已经备妥。图中有两个点号前面有“”，表明这两个设备没有备妥。通过查看：这样就可以知道具体那个设备没有备妥，然后查找具体设备故障 一般情况

32、下，只需观察以下4个输入信号ILC1：“Interlocking”，内部连锁CVON：“Control voltage on”控制电源AVBL：“Available”设备有效PMI1：“Machine protection”机器保护工艺上的连锁条件不足，比如设备保护时间未到、温度过高、电流过高等 应检查总闸是否合上 检查设备是否上电 工艺上相关设备没有备妥注：以上情况均建立在I/O模块输入信号正常的情况下 同样在一般情况下，也只需观察2个输出信号。PWON：“Power on”电源开启OSG1：“Operating message”操作信号当“OSG1”有效时，表示操作员已驱动信号，同时“PW

33、ON”会有效。一般在对应I/O点处观察到的信号都是从“PWON”处输出的。当“PWON”有效时，设备无法启动，应检查是否有反馈信号、设备启动是否超时、其它连锁条件是否具备等等。具体情况查看报警信息。3、如何查看报警并处理故障在操作画面空白处单击鼠标右键，会弹出如右图所示菜单列表，选择“Diagnostic(诊断)”。随后，会看到该目录的扩展目录列表，选择“Alarm Logger(报警日志)”。将会出现所有报警信息列表。如下图所示。当前值设定报警值报警原因设备标签设备描述报警1、表示的为温度报警信号。从“Threshold Label报警原因”列可得知，当温度大于预定报警高限值“Thresho

34、ld设定报警值”列所表示的70 时报警，在“Value当前值”列，可看到报警时的实际温度值是70.4，比设定值大，所以输出报警。报警2、表示的故障信息由“Tag Name标签名”列可知：该标签属于N1线，G30组，N1M105设备，错误类型为“ERPIERPI”。因此返回主画面找到该设备，并调出该设备状态，见又图。结合前面注解可知是“内部连锁保护”4、I/O模块指示信号信号模块电源上电每组电源得电I/O状态指示远程总线可用远程总线不可用远程总线连接OK颜色绿色绿色黄色绿色红色绿色5、常见故障处理A、设备组无法启动，MCC房相关控制开关已经合上，但中控显示某个 或某几个设备没有备妥。解决办法：此时只需要将该设备的控制开关关闭再重新开启即可解决B、中控显示面板上某个温度或压力信号为蓝色解决办法：该设备的的相关检测设备没有上电C、中控显示滑阀没有关闭，但现场已经关闭，导致无法停机故障情况：限位开关没有到位解决办法：调整传感器位置或用铁片垫厚原有感应设备1、矿粉制造部生产工艺流程图2、查看信号识别故障信息(二)、矿粉制造部